CN106005366A - 一种无人机双飞翼的气动布局 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无人机双飞翼的气动布局，其特征在于包括：翼身融合体飞翼的气动布局、涡扇发动机安装在翼身融合体飞翼后段上方的布局和全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱两侧的气动布局。其中，机身、机翼、翼尖小翼与方向副翼一起组成具有高升阻比特性的翼身融合体飞翼，平尾与平尾小翼一起组成无人机平飞配平时提供正升力的全动平尾，翼身融合体飞翼与全动平尾一起组成所述的双飞翼。所述的无人机双飞翼的气动布局使无人机具备升阻比高、可操控性好和稳定性好，并且具备良好的隐身性能的优点。

Description

一种无人机双飞翼的气动布局
技术领域
本发明涉及一种无人机双飞翼的气动布局，属于航空技术领域。
背景技术
目前飞翼布局是先进飞机广泛应用的布局形式，是近几年飞机气动布局研究的热点问题之一。飞翼在当今世界的飞行器大家族中，以升阻比高、隐身性能好的优点闻名于世。飞翼的代表者为美国的X-47B试验型舰载无人机，该型无人机于2011年2月4日成功首飞，并于2013年成功完成一系列的地面、舰面测试。但是，飞翼布局的缺点也很明显，主要表现在操控性能差、稳定性不好，需要完全依赖于电子传感器控制机翼各舵面和控制发动机的矢量推力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机双飞翼的气动布局，该气动布局使无人机具备优秀的升阻特性、可操控性和稳定性，并且具备良好的隐身性能的优点。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种无人机双飞翼的气动布局，其特征在于包括：翼身融合体飞翼的气动布局、涡扇发动机安装在翼身融合体飞翼后段上方的布局和全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱(5)两侧的气动布局，其中，机身(1)、机翼(2)、翼尖小翼(3)与方向副翼(4)一起组成所述的翼身融合体飞翼，平尾(6)与平尾小翼(7)一起组成所述的全动平尾，翼身融合体飞翼与全动平尾一起组成所述的双飞翼。
作为本发明的进一步改进，所述的翼身融合体飞翼的气动布局为：机翼(2)为上单翼、大展弦比、后掠、下反，并安装有翼尖小翼(3)，机翼(2)两侧后缘安装有方向副翼(4)；机翼(2)、机身(1)的每一个纵向剖面外形轮廓均为封闭的翼型，且无开口；机翼(2)与机身(1)光滑过度，融为一体，在横截面上机身后部上凹下凸。所述的翼身融合体飞翼的展弦比为5±1，前缘后掠角为25°±5°，下反角为3°±1°，机翼安装角为3.5°±1°，翼尖小翼面积与翼身融合体飞翼面积比为5.5％～7.5％，方向副翼面积与翼身融合体飞翼面积比为4.2％～6.2％。
作为本发明的进一步改进，所述的涡扇发动机安装在翼身融合体飞翼后段上方的布局为：涡扇发动机外壁短舱(5)由支撑梁(8)安装在翼身融合体飞翼后段上方，涡扇发动机外壁短舱(5)与翼身融合体飞翼之间有附面层隔道；涡扇发动机的推力轴线通过无人机的重心。
作为本发明的进一步改进，所述的全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱两侧的气动布局为：由转轴将全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱(5)两侧，在无人机平飞配平时，全动平尾前缘向上偏4°±1°，全动平尾对整个无人机提供正升力。全动平尾的展弦比为4.5±0.5，前缘后掠角为25°±5°，全动平尾面积与翼身融合体飞翼面积比为9％～11％。
与现有技术相比，本发明的优点和取得的有益效果为：
第一，升阻比高。翼身融合体飞翼、全动平尾对无人机的飞行都提供正升力，由于无内置于翼身融合体飞翼的进气道和尾喷管，所以翼身融合体飞翼的每一个纵向剖面外轮廓都是一个完整的翼型，升力大，阻力小，升阻比高。
第二，可操控性好。由全动平尾控制无人机的俯仰操纵，由方向副翼(4)、全动平尾和涡扇发动机控制无人机的偏航操纵，由方向副翼(4)控制无人机的滚转操纵，所以双飞翼气动布局的无人机可操控性好。
第三，稳定性好。无人机的气动焦点在飞机的重心前，翼身融合体飞翼的升力对无人机重心产生的抬头力矩、全动平尾的正升力对无人机重心产生的低头力矩共同达到平衡，俯仰阻尼大，所以无人机的纵向稳定性好；由于翼身融合体飞翼为上单翼、大展弦比、下反，所以横向稳定性好；由于翼身融合体飞翼有翼尖小翼，且机身后部上凹下凸，所以航向稳定性好。
第四，隐身性好。由于涡扇发动机后置、且翼身融合体飞翼在前向遮挡涡扇发动机的进气道，所以无人机的前向隐身性好；由于没有立尾，所以无人机的侧向隐身性好。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明的后视图。
图4为本发明的左视图。
图5为本发明的俯视图。
图6为本发明的仰视图。
图7为本发明的涡扇发动机安装位置示意图。
图8为本发明的升力系数特性曲线。
图9为本发明的阻力系数特性曲线。
图10为本发明的升阻比特性曲线。
在附图中，1为机身，2为机翼，3为翼尖小翼，4为方向副翼，5为涡扇发动机外壁短舱，6为平尾，7为平尾小翼，8为支撑梁。
具体实施方式
下面将结合附图1～10和实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种无人机双飞翼的气动布局的实施例，其特征在于包括：翼身融合体飞翼的气动布局、涡扇发动机安装在翼身融合体飞翼后段上方的布局和全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱(5)两侧的气动布局，其中，机身(1)、机翼(2)、翼尖小翼(3)与方向副翼(4)一起组成所述的高升阻比的翼身融合体飞翼，平尾(6)与平尾小翼(7)一起组成所述在平飞时提供正升力的全动平尾，翼身融合体飞翼与全动平尾一起组成所述的双飞翼。
作为本发明实施例的进一步改进，所述的翼身融合体飞翼的气动布局为：机翼(2)为上单翼、大展弦比、后掠、下反，并安装有翼尖小翼(3)，机翼(2)两侧后缘安装有方向副翼(4)，有利于无人机的横向稳定性、航向稳定性和可操控性；机翼(2)、机身(1)的每一个纵向剖面外轮廓均为封闭的翼型，且无开口，有利于提高升阻比；机翼(2)与机身(1)光滑过度，融为一体，在横截面上机身后部上凹下凸，且有翼尖小翼，有利于无人机的航向稳定性。所述的翼身融合体飞翼长度为15m、高度为2.95m、翼展为22m，机身对称面的翼型为GOE 693，机翼翼根、机翼翼梢、翼梢小翼的翼型均为GOE 622，机翼翼根平面到机身对称面的距离为3m，机翼翼梢平面到机身对称面的距离为9m，翼梢小翼平面到机身对称面的距离为11m，展弦比为5.5，前缘后掠角为25°，下反角为3.5°，机翼安装角为3.5°，机翼面积74.5m2，翼尖小翼面积与翼身融合体飞翼面积比为7.5％，方向副翼面积与翼身融合体飞翼面积比为4.2％。
作为本发明实施例的进一步改进，所述的涡扇发动机安装在翼身融合体飞翼后段上方的布局为：涡扇发动机外壁短舱(5)由支撑梁(8)安装在翼身融合体飞翼后段上方，有利于提高无人机的隐身性；涡扇发动机外壁短舱(5)与翼身融合体飞翼之间有附面层隔道，有利于减小附面层气流对发动机的干扰；涡扇发动机的推力轴线通过无人机的重心。
作为本发明实施例的进一步改进，所述的全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱两侧的气动布局为：由转轴将全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱(5)两侧，在无人机平飞配平时，全动平尾前缘向上偏3°，全动平尾对整个无人机提供正升力。全动平尾的翼展为7.6m，全动平尾的翼型为GOE 622、展弦比为4.3、前缘后掠角为30°，全动平尾的面积7m2，全动平尾面积与翼身融合体飞翼面积比为9.4％。
作为本发明实施例的进一步改进，双飞翼无人机在飞行时涡扇发动机与各个舵面的偏转的情况如下：无人机在爬升时，全动平尾前缘向下偏转，产生抬头力矩，并增加涡扇发动机推力；无人机在俯冲时，全动平尾前缘向上偏转，产生低头力矩；无人机在滚转时，两侧方向副翼一上一下偏转，产生滚转力矩；无人机在转弯时，两侧方向副翼一上一下偏转，产生侧滑，并且全动平尾前缘向下偏转，产生抬头力矩，防止无人机在转弯时掉高度。
如图8、图9和图10所示，利用CFD计算软件计算其在高雷诺数下具有良好的气动特性，在小迎角范围内升阻比大，其最大升阻比为15.82，失速迎角大，迎角为20°时仍没有失速现象发生。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种无人机双飞翼的气动布局，其特征在于，包括：翼身融合体飞翼的气动布局、涡扇发动机安装在翼身融合体飞翼后段上方的布局和全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱(5)两侧的气动布局，其中，机身(1)、机翼(2)、翼尖小翼(3)与方向副翼(4)一起组成所述的翼身融合体飞翼，平尾(6)与平尾小翼(7)一起组成所述的全动平尾，翼身融合体飞翼与全动平尾一起组成所述的双飞翼。
2.根据权利要求1所述的翼身融合体飞翼的气动布局，其特征在于，机翼(2)为上单翼、大展弦比、后掠、下反，并安装有翼尖小翼(3)，机翼(2)两侧后缘安装有方向副翼(4)；机翼(2)、机身(1)的每一个纵向剖面外形轮廓均为封闭的翼型，且无开口；机翼(2)与机身(1)光滑过度，融为一体，在横截面上机身后部上凹下凸；所述的翼身融合体飞翼的展弦比为5±1，前缘后掠角为25°±5°，下反角为3°±1°，机翼安装角为3.5°±1°，翼尖小翼面积与翼身融合体飞翼面积比为5.5％～7.5％，方向副翼面积与翼身融合体飞翼面积比为4.2％～6.2％。
3.根据权利要求1所述的涡扇发动机安装在翼身融合体飞翼后段上方的布局，其特征在于，涡扇发动机外壁短舱(5)由支撑梁(8)安装在翼身融合体飞翼后段上方，涡扇发动机外壁短舱(5)与翼身融合体飞翼之间有附面层隔道；涡扇发动机的推力轴线通过无人机的重心。
4.根据权利要求1所述的全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱两侧的气动布局，其特征在于，由转轴将全动平尾安装在涡扇发动机外壁短舱(5)两侧，在无人机平飞配平时，全动平尾前缘向上偏转4°±1°，全动平尾对整个无人机提供正升力；展弦比为4.5±0.5，前缘后掠角为25°±5°，全动平尾面积与翼身融合体飞翼面积比为9％～11％。
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